預(yù)制節(jié)段拼裝混凝土橋墩綜述

摘要：預(yù)制節(jié)段拼裝混凝土施工技術(shù)憑借對現(xiàn)有交通干擾小、質(zhì)量容易控制、建設(shè)工期短等優(yōu)點，逐漸成為橋梁工程施工技術(shù)的主要發(fā)展趨勢之一。從預(yù)制節(jié)段拼裝混凝土橋墩的實際工程應(yīng)用出發(fā)，詳細介紹了其在國內(nèi)外的研究進展，對其抗震性能、節(jié)段接頭、耗能裝置等進行分析，并對研究方向進行了展望。

關(guān)鍵詞：預(yù)制節(jié)段拼裝；混凝土橋墩；抗震性能；節(jié)段接頭；耗能裝置

加快高速公路網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)以及城市化進程的同時，橋梁施工建設(shè)將面臨不斷增多的挑戰(zhàn)。預(yù)制節(jié)段拼裝混凝土施工技術(shù)憑借其在施工質(zhì)量、施工周期等方面的優(yōu)勢，逐漸成為橋梁工程施工技術(shù)中最為理想的選擇。

1 預(yù)制節(jié)段拼裝混凝土橋墩的應(yīng)用

20世紀60年代以來，歐美地區(qū)將預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁下部結(jié)構(gòu)在實際工程中廣泛應(yīng)用。國內(nèi)于20世紀50年代開始應(yīng)用這項技術(shù)，其中修建于20世紀90年代的北京積水潭試驗工程的5座橋梁均采用承插式預(yù)制鋼筋混凝土橋墩，隨后在杭州灣跨海大橋、港珠澳大橋的建設(shè)中都采用了這項施工技術(shù)。

2 研究進展

2.1 國外方面

Mander和Cheng研究了無粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力橋墩的抗震性能及損壞后的加固措施。[1]研究表明，橋墩的側(cè)向承載力和抗剪承載力主要取決于重力和預(yù)應(yīng)力，試件的殘余位移為零。

1999年到2004年間，Billington等提出了應(yīng)用于非抗震設(shè)防區(qū)的中小跨徑規(guī)則橋梁下部結(jié)構(gòu)的節(jié)段拼裝體系，以及能應(yīng)用于抗震區(qū)的預(yù)制拼裝橋墩體系。[2，3]應(yīng)用于非抗震設(shè)防區(qū)的結(jié)構(gòu)體系不僅能加快橋梁建造速度，還能減少對正常交通的干擾。

Hewes和Priestley對采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋連接的節(jié)段拼裝混凝土試件進行了循環(huán)加載試驗研究。[4]研究結(jié)果表明，節(jié)段拼裝混凝土試件采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋連接時殘余位移小，節(jié)段接縫處的剪力主要依靠摩擦進行傳遞。

2.2 國內(nèi)方面

林健全、楊宙燕對預(yù)制節(jié)段中、短墩柱界面間不同剪力傳遞的影響進行了試驗研究。[5]試件采用通過后張預(yù)應(yīng)力組裝的中空矩形混凝土節(jié)段，節(jié)段界面設(shè)計包含實心剪力榫等。

葛繼平、劉豐、趙寧等在進行擬靜力試驗和振動臺試驗時采用現(xiàn)澆、承插和節(jié)段拼裝的預(yù)應(yīng)力混凝土橋墩[6]，影響預(yù)應(yīng)力混凝土橋墩抗震性能的因素主要有以下幾個方面：橋墩中是否設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼筋、是否設(shè)置附加耗能裝置等。

趙寧、魏紅一、王志強[7]對采用不同參數(shù)的節(jié)段拼裝橋墩試件進行擬靜力試驗，對試驗結(jié)果進行總結(jié)分析，彌補了國內(nèi)在相關(guān)領(lǐng)域研究的不足。

3 總結(jié)

3.1 抗震性能

采用整體現(xiàn)澆的鋼筋混凝土橋墩在地震作用下，墩身將出現(xiàn)等間距的貫通裂縫，局部混凝土被壓碎，外側(cè)縱向鋼筋斷裂。當墩身采用合適的配筋率時，混凝土壓潰和縱向鋼筋拉斷幾乎發(fā)生在同一時刻，鋼筋的承載力在被拉斷前無明顯下降。

地震作用下，預(yù)應(yīng)力混凝土節(jié)段拼裝橋墩的裂縫主要出現(xiàn)在墩柱附近，橋墩整體損傷較小，自復(fù)位能力好，但其耗能能力差。

3.2 節(jié)段接頭

節(jié)段拼裝混凝土橋墩的接頭主要指節(jié)段與承臺間的接頭以及節(jié)段間的接頭。節(jié)段與承臺間有3種連接方式，即現(xiàn)澆式、承插式和節(jié)段式。這三種連接方式中承插式施工工藝最為復(fù)雜，其接頭性能和預(yù)制構(gòu)件的插入長度密切相關(guān)。

節(jié)段拼裝混凝土橋墩采用現(xiàn)澆式或承插式連接時，其破壞形式主要為彎曲破壞，其中承插式橋墩的塑性鉸有上移的趨勢。節(jié)段拼裝混凝土橋墩采用節(jié)段式連接時，其破壞集中在接縫處，承臺處接縫表現(xiàn)最為明顯。實際工程中，地震區(qū)高墩主要采用現(xiàn)澆式連接方式，中短墩主要采用承插式、節(jié)段式連接方式；非地震區(qū)主要采用節(jié)段式連接方式。

節(jié)段間的連接方式有匹配筑造、環(huán)氧接頭、剪力榫結(jié)構(gòu)等3種。實際工程中，非地震區(qū)或低烈度地區(qū)主要采用匹配筑造或環(huán)氧接頭連接方式，地震區(qū)主要采用剪力榫結(jié)構(gòu)連接方式。

3.3 耗能裝置

節(jié)段拼裝混凝土橋墩的耗能裝置分為兩大類，即內(nèi)部耗能裝置和外部耗能裝置。增設(shè)消能鋼筋能增加橋墩的消能能力，但是橋墩配筋率的提高增加了結(jié)構(gòu)的殘余變形。

4 結(jié)語

目前，國內(nèi)外針對預(yù)制節(jié)段拼裝橋墩的抗震性能已開展了較多研究，但是對影響其抗震性能的因素尚無明確認識和成熟理論，這將是今后一段時間內(nèi)的研究重點。

參考文獻：

[1]Mander J B， Cheng C T.Seismic resistance of bridge piers based on damage avoidance design.New York：National Center for Earthquake Engineering Research，State University of New York at Buffalo， NCEER970014，1997.

[2]Kwan W P，Billington S L.Unbonded post tensioned concrete bridge piers l：Monotonic and cyclic analyses[J].Journal of Bridge Engineering，2003，8（2）：92101.

[3]Kwan W P，Billington S L.Unbonded post tensioned concrete bridge piers ll：Seismic analyses[J].

Journal of Bridge Engineering，2003，8（2）：102111.

[4]Hewes J T.Seismic design and performance of precast concrete segmental bridge columns. California：Universityof California，San Diego.2002.

[5]陳塑文.使用不銹鋼鋼筋或部分無握裹傳統(tǒng)鋼筋的預(yù)鑄節(jié)段橋柱反覆載重行為[D].臺北：國立臺灣科技大學(xué)，2010.

[6]葛繼平.段拼裝橋墩抗震性能試驗與理論分析[D].上海：同濟大學(xué)，2009.

[7]趙寧.預(yù)制節(jié)段拼裝空心混凝土橋墩擬靜力試驗和分析研究[D].上海：同濟大學(xué)，2009.

作者簡介：吳俊葶（1994），女，漢族，重慶人，學(xué)生，碩士，結(jié)構(gòu)工程。